Gesundheit : Supraleitung: Widerstand ist zwecklos

Swantje Meier

Unter massivem Druck offenbart Materie oft ungewöhnliche Eigenschaften. So fanden Forscher jetzt eine Supraleitung in den beiden reinen Elementen Bor und Eisen, wenn diese Stoffe stark komprimiert sind. Beide Stoffe weisen sonst nicht ideale Leitfähigkeit auf.

In einem Supraleiter kann elektrischer Strom jahrelang kreisen, ohne schwächer zu werden, da sich die stromtransportierenden Elektronen zu Paaren zusammenfinden. Die beiden Elektronen hängen so fest aneinander, dass die Bindung durch Stöße mit dem Kristallgitter des Leiters nicht mehr zerstört werden kann. Ein Elektronenpaar bemerkt einen Stoß nicht einmal, dass heißt, es verliert keine Energie. Dadurch fließt der Strom widerstandsfrei.

Supraleitung ist eine Erscheinung, die im Allgemeinen nur bei sehr tiefen Temperaturen auftritt. Wird es wärmer, zerstören die starken Schwingungen des Kristallgitters die Paare. Unter sehr hohem Druck kann jedoch die Temperaturgrenze, bei der die Bindung der Elektronenpaare aufbricht, nach oben geschoben werden. Mit einem Druck von fast zwei Millionen Atmosphären pressten Wissenschaftler des Carnegie Instituts in Washington eine kleine Flocke aus Borkristallen. Wie die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science" (Band 293, Seiten 272-274) berichten, nahm Bor unter diesen extremen Verhältnissen eine rein metallische Struktur an und wurde bei starker Abkühlung eben supraleitend.

Theoretiker vermuten, dass noch weitere leichte Elemente unter solch hohem Druck supraleitend werden. Bei Wasserstoff sollte dies sogar schon bei Raumtemperatur geschehen. Ein japanisches Team um den Physiker Katsuya Shimizu von der Universtät in Osaka gelang dies jetzt sogar nach Versuchen mit Eisen (Nature, Band 412, Seiten 316-318). Bisher glaubte man, dass Stoffe, aus denen sich Magneten herstellen lassen, nicht supraleitend werden könnten. Doch Eisen ändert offenbar unter sehr hohem Druck seinen inneren Aufbau, verliert damit seine sonst dauerhaften magnetischen Eigenschaften und wird bei sehr tiefen Temperaturen supraleitend.

Interessant ist diese Eigenschaft, da das Erdinnere aus verdichteten Eisen besteht, das wiederum von flüssigem Eisen umhüllt ist. Dieser Aufbau erzeugt nach dem Prinzip eines Dynamos das Erdmagnetfeld. Das dichte Innere stabilisiert nach Ansicht von Geowissenschaftlern diesen Dynamo, indem es kurze Schwankungen des Magnetfelds dämpft. Um das Erdmagnetfeld zu stabilisieren, muss der kompakte Eisenkern allerdings auf dieses Feld mit eigenen inneren magnetischen Schwankungen reagieren, bei denen normalerweise die Supraleitfähigkeit verloren geht. Die japanischen Wissenschaftler vermuten deshalb, die magnetischen Schwankungen selbst könnten die Elektronen zu Paaren koppeln und damit Supraleitung hervorrufen.

Damit wäre supraleitendes Eisen mit den sogenannten Hochtemperatur-Supraleitern verwandt, wo man ebenfalls einen ungewöhnlichen Paarungmechanismus annimmt. Diese werden schon bei etwa minus 150 Grad Celsius zum idealen Leiter. Eine seltsame Verwandtschaft also, denn Eisen erreicht diesen wünschenswerten Zustand erst, wenn es auf unter minus 271 Grad Celsius abgekühlt ist.

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